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2016年高考物理二轮复习专题十一 限时训练


专题十一 限时训练 (限时:45 分钟)

【测控导航】 考点 1.研究匀变速直线运动 2.探究弹力与弹簧伸长的关系 3.验证力的平行四边形定则 4.验证牛顿运动定律 5.探究动能定理 6.验证机械能守恒定律 7.实验方法和技能 8.创新与设计性实验 题号(难易度) 1(易) 3(易) 4(难) 5(中) 7(中),8(中) 9(中) 2(易) 6(中)

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1.(2015 石家庄一模)在“探究小车速度随时间变化的规律”实验中, 小车牵引纸带打下一系列的点,如图所示,A,B,C,D,E,F,G,H,I 是计数 点,每相邻两计数点间还有 4 个点没有标出,打点计时器使用频率 f=50 Hz 的交流电源.

分析纸带可知,小车在运动的过程中,先做匀加速直线运动,加速度大 小 a= m/s2,后做匀速运动,速度大小 v= m/s.(结果均

保留两位有效数字)

解析:每两个计数点之间的时间间隔 T=0.10 s, 根据 x2-x1=x3-x2=x4-x3=?判断可知小车在 A,E 间做匀变速直线运动, 根据匀变速直线运动的推论公式Δ x=aT2 可以求出加速度的大小,得 x3-x1=2a1T2,x4-x2=2a2T2,得 a= 即小车运动的加速度计算表达式为 a= =3.0 m/s2

小车在 F,I 间为匀速运动, 根据在相等的时间内,位移相等,则得 v= =1.4 m/s. 答案:3.0 1.4 2.(2015 河南适应性测试)在研究匀变速直线运动规律的实验中,对实 验中打出的一条纸带上的五个计数点,进行了测量和计算,在 v t 坐标 图中,描绘了 5 个数据点.

(1)请根据数据点作出纸带做匀变速直线运动的 v t 图像. (2)根据所作图像求出纸带做匀变速直线运动的加速度 a= m/s2.(保留两位有效数字)

解析:(1)过坐标图中的 5 个数据点作一条直线,即得到纸带做匀变速 直线运动的 v t 图像如图所示.

(2)由于图线的斜率表示加速度的大小,则 a= =2.7 m/s2. 答案:(1)见解析 (2)2.7 3.(2015 四川理综)某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时,安装 好实验装置,让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐,在弹簧下端挂 1 个钩 码,静止时弹簧长度为 l1,如图(甲)所示,图(乙)是此时固定在弹簧挂 钩上的指针在刻度尺(最小分度是 1 毫米)上位置的放大图,示数 l1= cm.在弹簧下端分别挂 2 个、3 个、4 个、5 个相同钩码,静 止时弹簧长度分别是 l2,l3,l4,l5.已知每个钩码质量是 50 g,挂 2 个钩 码时,弹簧弹力 F2= N(当地重力加速度 g=9.8 m/s2).要得到弹 .作出 F x 曲线,得到弹力与弹

簧伸长量 x,还需要测量的是 簧伸长量的关系.

解析:刻度尺的最小分度是 1 mm,读数要估读到 0.1 mm,所以读数是 25.85 cm.两个钩码的重力 G2=2mg=2×50×0.001×9.8 N=0.98 N,所 以弹簧弹力 F2=0.98 N.弹簧的伸长量=弹簧长度-弹簧的原长,所以需 要测量不挂钩码时弹簧的长度,即需要测量弹簧的原长. 答案:25.85 0.98 弹簧原长 4.某同学用如图所示的实验装置来“验证力的平行四边形定则”.三 条细绳结于 O 点分别与两弹簧测力计和钩码相接.

(1)实验步骤如下: A.弹簧测力计 A 挂于固定在竖直木板上的 P 点; B.结点 O 下的细线挂钩码 C; C.手持弹簧测力计 B 缓慢向左拉,使结点 O 静止在某位置 D.记下钩码质量、结点 O 的位置、读出并记录弹簧测力计 A 和 B 的示 数、记录 .

(2)在实验过程中,下列哪些情况会对实验结果产生误差? 答: (选填选项前的字母) A.木板不竖直 B.A 弹簧测力计外壳的重力 C.B 弹簧测力计的拉力方向没有保持水平 D.改变弹簧测力计 B 拉力进行多次实验时,结点 O 的位置发生变化

(3)某次实验中,该同学发现弹簧测力计 A 的指针稍稍超出量程,请你 提出解决问题的一个办法 .

解析:(1)“验证力的平行四边形定则”是要在图纸上面作出两个分力 和合力的示意图,测力计 A 为合力,测力计 B 和钩码重力为两个分力, 力的大小可以直接读出和计算,而力的方向需要我们记下绳子的方 向.(2)在木板上作图时,所有力的方向都在平面内,木板若不是竖直, 而重力是竖直方向,那么就没有办法画出钩码重力这个分力,对实验 造成误差,选项 A 正确;弹簧测力计外壳的重力并没有作用在弹簧上, 不会造成误差,选项 B 错误;在木板上作图时,所有力的方向都在平面 内,如果 B 弹簧测力计的拉力方向没有保持水平,但只要在木板平面 内对作图就没有影响,不会造成误差,选项 C 错误;改变弹簧测力计 B 拉力进行多次实验时,结点 O 的位置发生变化,那么合力即测力计 A 的 示数也会发生变化,对实验没有影响,实验会造成误差的只有 A.(3)弹 簧测力计 A 的指针稍稍超出量程,就想办法使合力变小,方法可以减 小分力大小即减小弹簧测力计 B 的拉力;或减小钩码 C 的质量,或者使 两个分力的夹角变大,即减小 AO 与 BO 之间的夹角也可以使合力变小. 答案:(1)三条细绳(拉力)的方向 (2)A (3)减小弹簧测力计 B 的拉力或减小钩码 C 的质量或减小 AO 与 BO 之 间的夹角 5.(2015 大连市二模)“探究加速度与质量、力的关系”的实验装置 如图(甲)所示.(计算结果保留两位小数)

(1)某同学实验过程中,打出了一条纸带如图(乙)所示.打点计时器使 用 50 Hz 交流电流,图中 A,B,C,D,E 为计数点,相邻两个计数点间有四 个点未画出,根据纸带可计算 B 点的瞬时速度 vB= 纸带所对应小车的加速度 a= m/s2; m/s,并计算

(2)平衡摩擦力后,用细线跨过定滑轮,将砝码盘与小车连接,再将 5 个相同的砝码都放在小车上,然后每次从小车上取一个砝码添加到砝 码盘中,测量小车的加速度,此过程是通过控制 速度与 的关系; 不变,探究加

(3)根据小车的加速度 a 与砝码盘中砝码总重力 F 的实验数据作出 a F 的关系图像如图(丙)所示,并据此图像确定砝码盘的质量为 g. 解析:(1)由于 T=0.1 s,

vB= =

m/s=0.88 m/s m/s2=3.53 m/s2.

根据逐差法得 a=

(2)当从小车中取出砝码,加到砝码盘中,其总质量不变,但改变了拉 力即探究加速度与力的关系. (3)根据图像可知,k= m= = = kg≈0.371 kg. kg-1≈2.692 kg-1

由于 F=0 时,a=0.2 m/s2 所以 m′g=ma 解得 m′=0.00757 kg≈7.57 g. 答案:(1)0.88 3.53 (2)整体的质量 外力 (3)7.57 6.(2015 沧州市质量监测)如图所示为某同学测物块与斜面动摩擦因 数的实验装置,在斜面 BC 的底端垂直于斜面放一光电计时器,将物块 放置在斜面的顶端,在物块上固定挡光片,已知挡光片的宽度为 d,让 物块在斜面顶端由静止释放,记录挡光片通过光电计时器的时间为 Δ t.

(1)要测出物块与斜面的动摩擦因数还需要测量的物理量有(写出物 理量及符号) ; ;

(2)根据所测得的物理量表示动摩擦因数的表达式为μ =

(3)为了减小测量误差,多次改变光电门的位置,测出改变位置后光电 门到斜面顶端的距离 x,让物块仍然从斜面的顶端由静止滑下,记录每 次物块通过光电门时光电计时器记录的时间Δ t,根据每次测得的 x, Δ t作x 因数μ = 图像,求得图像的斜率为 k,由此算得物块与斜面的动摩擦 .

解析:(1)要测出动摩擦因数还需要测量斜面的长度 L 和斜面的高 h; (2)由于( )2=2aL,a=g(sin θ -μ cos θ ), 而 sin θ = ,cos θ = 解得动摩擦因数为μ = , ;

(3)由( )2=2g(sin θ -μ cos θ )x, 可知 x= 因此 x · , , .

图像的斜率 k=

解得动摩擦因数为μ =

答案:(1)斜面的长 L,斜面的高 h (2) (3) -

7.(2015 上饶市一模)某实验小组设计了“探究做功与物体速度变化 的关系”的实验装置,实验步骤如下: a.实验装置如图(甲)所示,细绳一端系在滑块上,另一端绕过定滑轮 后挂一沙桶,小沙桶内装一定量沙子,用垫块将长木板固定有定滑轮 的一端垫高,不断调整垫块的高度,直至轻推滑块后,滑块恰好能沿长 木板向下做匀速直线运动; b.保持长木板的倾角不变,取下细绳和沙桶,将滑块右端与纸带相连, 并穿过打点计时器的限位孔,接通打点计时器的电源后,释放滑块,让 滑块从静止开始加速下滑; c.取下纸带,在纸带上取如图(乙)所示的 A,B 两计数点,并用刻度尺 测出 s1,s2 及 A,B 两点间的距离 s,打点计时器的打点周期为 T. 根据以上实验,回答下列问题:

(1)若忽略滑轮质量及轴间摩擦,本实验中滑块加速下滑时所受的合 外力 (填“等于” “大于”或“小于”)沙桶及沙的总重力.

(2)为探究从 A 到 B 过程中,做功与物体速度变化关系,则实验中除已 测量出沙与沙桶的重力 mg(或者沙与沙桶的质量)外,还需测量的量 有 (3)请写出探究结果表达式 . .

解析:(1)由步骤 a,b 知,由于滑块在沙桶的拉力下沿斜面匀速下滑, 设沙桶质量为 m,滑块质量为 M,所受摩擦力为 f,则 Mgsin θ -f-mg=0,

当去掉沙桶后,滑块满足 Mgsin θ -f=Ma,即滑块所受合力等于沙桶的 重力. (2),(3)滑块下滑过程中,合外力做功为 W=mgs;打点计时器打 A 点时, 滑块的速度大小为 vA= ,打 B 点时,滑块的速度大小为 vB= ,从 A 到 B 过程,滑块动能的变化量为 M( )2- M( )2,则需要探究结果表达式为 mgs= M( )2- M( )2 由上式可知:为探究从 A 到 B 过程中,做功与物体速度变化的关系,则 实验中还需测量的量有滑块质量 M. 答案:(1)等于 (2)滑块质量 M (3)mgs= M( )2- M( )2 8.(2015 兰州模拟)某同学为探究“合外力做功与物体动能改变的关 系”,设计了如下实验,操作步骤为: ①按图(甲)安装好实验装置,其中小车质量 M=0.20 kg,钩码总质量 m=0.05 kg. ②先接通打点计时器的电源(电源频率为 f=50 Hz),然后释放小车,打 出一条纸带.

(1)他在多次重复实验得到的纸带中选取出自认为满意的一条,如图 (乙)所示,把打下的第一点记作 0,选取点迹清晰的三个相邻计数点标

记为 1,2,3(相邻计数点间还有 4 个点未画出),用刻度尺测得计数点 1,2,3 到 0 点的距离分别为 d1=25.6 cm,d2=36.0 cm,d3=48.0 cm.他把 钩码重力作为小车所受合外力(g 取 9.8 m/s2),算出打下 0 点到打下 点 2 过程中合力做功 W= 车动能的改变量,算得 Ek= J,把打下点 2 时小车的动能作为小 J.(结果保留三位有效数字)

(2)根据此次实验探究的结果,他并没能得到“合外力对物体做的功, 等于物体动能的变化” ,且误差较大.你认为产生这种情况的原因可能 是 .(写出一条即可)

解析:(1)从打 0 点到打 2 点这一过程中合力做功: W=Fs=mgh=mgd2=0.05×9.8×0.360≈0.176 J; 由题意知,计数点间的时间间隔 T=0.02 s×5=0.1 s, 由 = 得 打第 2 个点的速度 v2= = = m/s=1.12 m/s,

打 2 点时小车的动能作为小车动能的变化, Ek= M = ×0.20×1.122 J≈0.125 J;

(2)由(1)的计算可知,钩码对小车做的功比小车获得的动能大,可能 的原因是钩码质量太大,使得合外力对物体做功的测量值比真实值偏

大太多;没有平衡摩擦力,使得合外力对物体做功的测量值比真实值 偏大太多. 答案:(1)0.176 0.125 (2)没有平衡摩擦力或钩码的质量没有满足 远小于小车质量的条件 教师备用:(2015 甘肃二诊)在“验证机械能守恒定律”实验中,两实 验小组同学分别采用了如图(甲)和图(乙)所示的装置,用两种不同的 实验方案进行实验.

(1)在(甲)图中,下落物体应选择密度较大的重物;在(乙)图中,两个 重物的质量关系是 m1 m2(选填“>”“=”或“<”);

(2)若采用图(乙)的方案进行实验,除图中的器材外,还需要的实验器 材有:频率为 50 Hz 的交流电源、刻度尺和 .

(3)某次实验所打纸带如图(丙)所示,O 为第一个点,A,B,C,D 点到 O 点 的距离已标出,打点时间间隔为 0.02 s,则记录 C 点时,重物速度 vC= m/s(结果保留三位有效数字).

解析:(1)为了减小实验的误差,(甲)图中的重物应选择质量大,体积 小的重物,即密度大的重物.(乙)图是验证系统机械能是否守恒,由图 示可知,m1 需向下运动,m2 向上运动,所以 m1>m2. (2)采用图(乙)的设计方案,验证系统机械能是否守恒,即验证系统动 能的增加量和系统重力势能的减少量是否相等,动能的增加量为Δ Ek= (m1+m2)v2,重力势能的减少量为Δ Ep=(m1-m2)gh,可知需要测量两个 重物的质量,所以实验器材还需要天平. (3)根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度, 可以求出打纸带上 C 点时小车的速度大小.vC= = m/s=0.780 m/s. 答案:(1)> (2)天平 (3)0.780

9.(2015 赣州市一模)如图(甲)所示,一位同学利用光电计时器等器材 做“验证机械能守恒定律”的实验.有一直径为 d、质量为 m 的金属 小球自 A 处由静止释放,下落过程中能通过 A 处正下方、固定于 B 处 的光电门,测得 A,B 间的距离为 H(H? d),光电计时器记录了小球通过 光电门的时间为 t,当地的重力加速度为 g.

(1)如图(乙)所示,用游标卡尺测得小球的直径 d= (2)小球经过光电门 B 时的速度表达式为 .

mm.

(3)多次改变高度 H,重复上述实验,作出 随 H 的变化图像如图(丙)所 示,当图中已知量 t0,H0 和重力加速度 g 及小球的直径 d 满足以下表达 式 时,可判断小球下落过程中机械能守恒.

(4)实验中发现动能增加量Δ Ek 总是稍小于重力势能减少量Δ Ep,增加 下落高度后,则Δ Ep-Δ Ek 将 变”). 解析:(1)由题图(乙)可知,主尺刻度为 7 mm,游标对齐的刻度为 5,故 读数为 7+5×0.05=7.25 mm; (2)已知经过光电门时的时间和小球的直径,则可以由平均速度表示 经过光电门时的速度,故 v= ; (3)若减小的重力势能等于增加的动能时,可以认为机械能守恒;则有 mgH= mv2,即 = H, 若 = H0 或 2gH0 =d2 可判断小球下落过程中机械能守恒. (选填“增大”“减小”或“不

(4)由于该过程中有阻力做功,而高度越高,阻力做功越多;故增加下 落高度后,Δ Ep-Δ Ek 将增大. 答案:(1)7.25 (2)v= (4)增大 (3) = H0 或 2gH0 =d2


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